[發明專利]一種柴油機氣缸體水套結構

有效

• 申請號: 201010121511.0
• 申請日: 2010-03-10
• 公開（公告）號: CN101787936A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 趙建偉;王興光
• 申請（專利權）人: 江蘇四達動力機械集團有限公司
• 主分類號: F02F1/14
• 分類號: F02F1/14;F01M5/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術領域

本發明涉及一種柴油機部件的改進，具體是一種柴油機氣缸體水套結構， 屬于機械結構技術領域。

背景技術

內燃機在工作過程中，由于高溫氣體燃燒釋放出的熱量使得受熱部件的 熱負荷很高。為了保證這些受熱部件能夠正常工作，解決好受熱部件的換熱 問題是至關重要的。對于受熱關鍵部件——氣缸體和氣缸蓋來說，冷卻水套 的結構設計能夠解決好他們的換熱問題。

內燃機水套內的冷卻介質與氣缸體-氣缸蓋壁面之間熱量傳遞比較復雜， 通常分為對流換熱、核態沸騰換熱、過渡沸騰換熱和膜態沸騰換熱四種狀態。 通常的熱交換處于對流換熱狀態，冷卻介質的流動速度是影響對流換熱系數 的主要因素，流速高則冷卻介質同壁面的對流作用強烈，對流換熱系數高。 隨壁面過熱度提高，在壓力適宜條件下，冷卻介質與氣缸體-氣缸蓋壁面之間 可能發生核態沸騰換熱，即在固體壁面產生氣泡、氣塊和氣柱。若冷卻介質 流動足夠強烈，生成的氣泡被冷卻介質帶走，新的氣泡生成，受氣泡劇烈擾 動的影響，核態沸騰階段冷卻介質與氣缸體-氣缸蓋壁面的換熱系數較高。若 冷卻介質流速較低，氣泡在固體壁面積聚，局部區域將會形成熱阻較大的汽 膜，冷卻介質與壁面間可能會進入過渡沸騰階段或膜態沸騰階段，此時冷卻 介質與壁面間的換熱系數急劇降低，該局部區域內的固體溫度劇增。

內燃機冷卻系統任務是保證內燃機在較適宜的溫度條件下工作。不同結 構部位對冷卻的需求不同，例如氣缸蓋“鼻梁區”和氣缸體靠近“活力岸”附 近工作溫度較高的區域，需要較好的冷卻以避免局部過熱；而氣缸體底部等 部位的溫度相對較低，需要減小冷卻以防止局部過冷。根據冷卻介質與氣缸 體-氣缸蓋壁面間的換熱狀態，在水套結構設計中往往要求冷卻介質在熱負荷 較高的區域保持較高的流速。內燃機內的冷卻介質流動大多靠水泵驅動，水 流量增大會顯著增加水泵的功率消耗，也可能加劇局部流動區域的汽蝕，產 生不利影響?？偟恼f來，氣缸體-氣缸蓋水路設計要在適當的流量下，對于較 熱區域保持較好的冷卻；對于較冷區域則要減少散熱。綜合以上因素，水套 分析中通常重點關注的是各缸間的水流量分配、氣缸蓋“鼻梁三角區”附近 流速、氣缸體水套頂部流速和水路系統總流動損失等幾個方面。

內燃機冷卻水套結構一般由氣缸體水套和氣缸蓋水套組成的，傳統的水 流組織一般是：冷卻水從氣缸體一側進入，經氣缸體水套后進入到氣缸蓋水 套內，然后從氣缸蓋一端流出，即發動機內的水循環是從氣缸體流到氣缸蓋， 冷卻水的進出口分別位于氣缸體和氣缸蓋上。冷卻水也是先吸收氣缸體的熱 量后，再吸收氣缸蓋的熱量，最后從氣缸蓋流出。在傳統的小功率高速柴油 機氣缸體水流場的布置中，氣缸體水套結構一般如圖3所示：冷卻水從水泵 側通過布水道和進水孔進入氣缸體水套，借助各缸水套間的開孔，調節水流 橫向貫穿各缸水套，各缸的冷卻水然后經進分布于排氣側的出水孔流入氣缸 蓋水套。這種結構未考慮各氣缸體水套的雙向繞流，單個進水孔的設計勢必 增強氣缸體水套位于排氣側(發動機后端方向)的水流速度，而在進氣側一 側水流速度減緩，造成氣缸體局部溫度冷熱不均，發生熱變形，從而影響整 機可靠性。

如圖3、圖4所示，該種水套布置方式也未考慮柴油機機油的冷卻，氣 缸體進氣側主油道和水道分離，不緊湊，且氣缸體上部進氣側的結構強度弱 于排氣側，裝配變形較大；在發動機運行中，可能會造成整機振動、噪聲較 大、機油耗高、排放差和不易清砂等缺陷，從而影響整機舒適性和可靠性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的不足，提供一種結構巧妙合理 的柴油機氣缸體水套結構，該結構能夠有效改善氣缸體的冷卻效果，提高機 油冷卻效果，增加氣缸體進氣側剛度，同時能夠滿足高排放要求，達到降低 噪聲和增加零部件可靠性的目的。